I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   2 5 9 3 ~2 6 0 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 4 . p p 2 5 9 3 - 2602          2593       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Cha nnel  c a pa city  m a x i m i z a tion usi ng  NQHN   a ppro a ch at  h eter o g eneo us  n e tw o rk       Sa v it a   P a t il 1 ,   A.   M .   B ha v ik a t t i 2   1 A M E n g in e e rin g   Co ll e g e ,   In d i a   2 Co m p u ter S c ien c e   a n d   E n g in e e ri n g ,   BKIT ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   30 ,   2 0 1 8   Re v i s ed   Feb   7 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Mar   9 ,   2 0 1 9       In   p re se n sc e n a rio ,   t h e   h ig h   s p e e d   d a ta  tran sm issio n   se rv ic e h a p u sh e d   li m it f o w irele ss   c o m m u n ica ti o n   n e tw o rk   c a p a c it y ,   a s a m e   ti m e   m u lt i m e d ia  tran s m issio n   in   re a l - t im e   n e e d p ro v isio n   o f   Qo S ,   th e re f o re   th e   n e tw o rk   c a p a c it y   a n d   s m a ll   c e ll   c o v e ra g e   h a c o m e w it h   lo ts  o f   c h a ll e n g e s.  Im p ro v in g   th e   c h a n n e c a p a c it y   a n d   c o v e ra g e   a re a   w it h in   t h e   a v a il a b le  b a n d w id th   is  n e c e ss a r y   to   p ro v id e   b e tt e Qo S   to   u se rs,  a n d   im p ro v e d   c h a n n e l   c a p a c it y   f o th e   F CUs   a n d   M CUs   in   n e tw o rk .   In   th is  p a p e r,   w e   a re   p ro p o sin g   a n   NQ HN   a p p ro a c h   t h a i n c o rp o ra te  w it h   e ff icie n p o w e a ll o c a ti o n ,   im p ro v in g   th e   c h a n n e c a p a c it y   b y   o p ti m ize d   tr a ff ic  s c h e d u li n g   p r o c e ss   in   a   s m a ll   c e ll   He tNe t sc e n a rio .   T h is  w o rk   e ff icie n tl y   h a n d le  th e   in terf e r e n c w it h   m a in tain in g   th e   u se Qo S   a n d   t h e   im p le m e n ted   p o w e c o n tro ll e u se He NB  p o w e a p e th e   re a ti m e   b a se d   a p p ro a c h   f o m a c ro - c e ll   a n d   f e m to - c e ll .   M o re o v e r,   w e   c o n sid e th e   r e a traff i c   sc e n a rio   to   c h e c k   th e   p e rf o r m a n c e   o f   o u p ro p o se d   a p p r o a c h   w it h   r e sp e c to   e x isti n g   a lg o rit h m .   K ey w o r d s :   B ase  s tatio n s   ( B Ss )   Op ti m ized   t r af f ic  s c h ed u lin g   ( OT S)   W ir eless   c o m m u n icatio n   ( W C )   Qu alit y - of - s er v ice  ( Qo S)   No v el  Qo S a w ar HetNe ts   ( NQHN )   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al ri g h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sav ita  P atil,     A M C   E n g i n ee r in g   C o lle g e,     B an g alo r e - 83 ,   I n d ia.   E m ail:  s a m p atil9 4 9 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     HetNe ts   ar f u t u r g e n er ati o n   W C   n et w o r k s   t h at  h a v b ee n   u s ed   to   r ed u ce   th u n s ig h ted   ar ea   o f   th m o b ile  co m m u n icatio n   w i th   i m p r o v in g   t h p r esen n et w o r k   co v er ag ar ea   in   co m p a r ed   w ith   tr ad itio n al   W C   n et w o r k s .   W AN  ( W id A r ea   Net w o r k )   ca n   u s m ac r o - ce ll  an d ,   f e m to - ce l o r   p ico - ce ll  to   p r o v id t h e   w id co v er ag ar ea   in   w ir el ess   co v er ag en v ir o n m e n s u ch   as;  h o m e s ,   o f f ice  b u ild in g s ,   u n d er g r o u n d   ar ea s   an d   an   o p en   o u td o o r   ar ea .   T h u s a g o f   m o b ile   d ata  ar e   g r o w in g   ex p o n e n tiall y   th r o u g h   s e v er al  t y p o f   co m m u n icatio n   ap p licatio n s   l i k as;  m u lti m ed ia  p h o n es  a n d ,   W i - Fi  etc.   I i s   n o p o s s ib le  t o   s atis f y   t h lar g er   co m m u n icatio n   r eq u ir e m e n ts   lik as  co v er ag an d   t h r o u g h p u u s in g   t h tr ad itio n al  W C   n et w o r k   b y   m ac r o - ce ll B Ss   ( B ase  Statio n s ) .     Mo r eo v er ,   to   p r o v id th n o v el  ap p lican m et h o d o lo g y   in   L T E - A   b ased   W C   n et w o r k s ,   t h H etNe ts   h as b ee n   p r o p o s in   [ 1 - 3 ]   th a en h a n ce s   th e   d ata  r ate  an d   n et w o r k   ar ea   co v er ag e.   I n   HetNe ts ,   th er ar s ev er al   lo w - en er g y   an d   lo w - co s f e m t o - ce ll  ar d is tr ib u ted   ar o u n d   t h m ac r o - ce ll  B S s ,   s aid   to   b as  f e m to - ce ll  u s er s ,   w h ic h   s h ar es   t h s a m e   av aila b le  s p ec tr u m   b an d w id t h   w i th   th e   m ac r o - ce ll  u s er s   i n   o r d er   to   g et   o p ti m ize d   s p ec tr al  ef f icie n c y   i n   ce ll u l ar   n et w o r k .   T h er ef o r e,   th e   i n t er f er en ce   f r o m   t h u s er s   o f   f e m to - ce ll  to   m ac r o - ce ll  B Ss   s h o u ld   b m o n i to r   an d   co n tr o s tr ictl y ,   al s o   th m itig atio n   o f   in ter f er en ce   is   v er y   n ec e s s ar y   f o r   th e   co n tr o p o w er   b ased   r eso u r ce   allo ca tio n   a n d   u s ed   as   p r ac tical  ap p r o ac h   in   w ir ele s s   He tNets   [ 4 ,   5 ] .   T h r eso u r ce   allo ca tio n   ap p r o ac h   f o r   HetNe t s   h as  co n ce r n   f r o m   m an y   r esear c h er s   a n d   its   i m p o r ta n ce   is   g r o w i n g   ex tr e m el y ,   t h m aj o r   ai m   i n   r e s o u r ce   allo ca tio n   f o r   ex is ti n g   f e m to - ce ll  n e t w o r k s   is   to   d ec r ea s th e   r ec eiv ed   in ter f er en ce   at  m ac r o - ce ll  u s er s ,   s i m u lta n eo u s l y   ac h iev th f e m to - ce lls   p er f o r m an ce   f r o m   u s i n g   p o w er   co n tr o l a p p r o ac h   th at  h as b ee n   s t u d ied   in   [ 6 - 8 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 5 9 3   -   2602   2594   I n   p ap er   [ 6 ] ,   th e y   p r o p o s ed   an   ap p r o ac h   o f   i n ter f er en ce   m i tig atio n   i n   o r d er   to   en h a n ce   t h u p lin k   th r o u g h p u v ia  p r o v id i n g   s t ab le  in ter f er en ce   th r es h o ld   v alu e,   al s o   t h r o u g h   r e g u lati n g   tr an s m i p o w er   o f   f e m to - ce ll  u s er .   T h t w o - tier   f e m to - ce ll  s y s te m   h as  co n s id er ed   in   [ 7 ] ,   w h er r eso u r ce   allo ca tio n   h as  p r o v id ed   in   b o th   u p li n k   an d   d o w n li n k   f o r   en h a n ci n g   th e   s e n s it iv it y   c ap ac it y   o f   f e m to - ce lls   u s er s ,   d ec r ea s in g   t h d ela y   ti m i n g   at  f e m to - ce ll  u s er s   u n d er   m ac r o - ce ll  u s er   i n ter f er e n ce   co n s tr ain an d   q u alit y   s e r v ice  co n s tr ain t   f o r   s en s iti v u s er s .   I n   p ap er   [ 8 ] ,   th e y   p r o p o s ed   an   en er g y   ef f i cien He tNets   b y   u s in g   g a m e   th eo r y   at  r eso u r ce   allo ca tio n   p r o ce s s   in   d o w n li n k   tr a n s m i s s io n   u n d er   m u lti ch an n el  Het Nets.  I is   p o in to   b co n s id er ed   th at   th m o s tl y   ap p r o ac h   r elate d   to   r eso u r ce   allo ca tio n   r eq u ir e d   p er f e ct  k n o w led g o f   C SI  ( i.e . ,   ch an n el  s tate  in f o r m atio n )   at  tr an s m itter   s i d e,   h o w ev er ,   it  is   g en er all y   co n s id er ed   th at  all  s y s te m   k n o w led g s u ch   a s   p er f ec t - C SI  ar ac ce s s ib le  to   f e m to - u s er s ,   d u to   ar b itra r y   b eh av io r   o f   i n co r r ec ch a n n e esti m atio n ,   c h an n el   d elay s   a n d   w ir eless   ch a n n e l s .   T h er ef o r e,   it  is   d if f ic u lt  f o r   f e m to - u s er s   to   ac q u ir t h d esira b le  s y s te m   p ar am eter   v al u es   s u c h   a s i n t er f er en ce   p o w er   a n d   c h an n el   g ain s   f r o m   d if f er e n n et w o r k s .   I n   p ap er   [ 9 ,   1 0 ] ,   th e y   p r o p o s ed   r o b u s o p ti m izatio n   ap p r o ac h   th a ex h ib it s   r o b u s tify i n g   r eso u r ce   al lo ca ti o n   w it h   i m p er f ec t - C SI,   w h ich   h a s   d r a w n   s i g n if i ca n atte n tio n   i n   o r d er   to   h a n d le  th u n ce r tain t y   i n   HetNe t s .   T h m aj o r   ai m   o f   p o w er   co n tr o ller   i s   to   m i n i m a lize  th e   p o w er   in   tr an s m is s io n ,   th er e f o r d ec r ea s th e   h i g h   p o w er   co n s u m p tio n   an d   r ed u cin g   t h i n ter - ce l in ter f er e n ce s   i n   n ec es s ar y   a s   w d is c u s s ed   p r ev io u s l y .   T h r o u g h   p r o p er ly   r eg u lat in g   t h e   d o w n li n k   p o w e r   tr an s m i s s io n   as   p er   r eso u r ce   b lo ck   i s   n ec es s ar y   to   g e ac h iev ab le  b it - r ate  i n   f e m to - ce ll s ,   all  in ter f er e n c th at  g en er ated   i n   s m all  ce ll  n et wo r k   ca n   b r ed u ce   s ig n i f ican tl y .     T h er ef o r im p r o v i n g   t h ch an n el  ca p ac it y   a n d   co v er ag ar ea   w it h i n   av ailab le  b an d w id t h   is   n ec es s ar y   to   p r o v id b etter   q u alit y   o f   s er v ice  to   u s er s ,   th o u g h   p r o tectin g   m ac r o - ce ll  u s er s   i n   n et w o r k   t h r o u g h   m ai n tai n in g   th i n ter f er e n ce   u n d er   th r esh o ld   lev el.   T h ef f ec tiv e n ess   Qo at  tr af f ic  u s er s   is   also   k e y   f ac to r   an d   w it h o u a n y   p r o v is io n ,   th lev el  o f   Qo ca n   b m is h a n d led   in   L T E - A   ( lo n g - ter m   e v o lu tio n   ad v a n ce d )   b ased   s m a ll  n et w o r k .   Mo r eo v er ,   th i n cr e m en t   i n   m o b ile  u s er s   ca u s es   th e   d eg r ad atio n   in   Qo S,  d u to   its   m o r e   d ata  u s a g ( i.e . ,   m o r b an d wid th )   ap p licatio n s .   I n   th is   p a p er ,   w ar p r o p o s in g   a n   N QHN  ap p r o ac h   t h at   in co r p o r ate  w i th   e f f icien p o w er   allo ca tio n ,   i m p r o v in g   th e   ch an n el  ca p ac it y   b y   o p ti m ize d   tr af f ic  s c h ed u li n g   p r o ce s s   in   s m al ce ll  HetNe ts   s ce n ar io .   T h is   w o r k   e f f ic ie n tl y   h a n d le  t h i n ter f er e n ce   with   m ai n tai n in g   t h e   u s er   Qo S,  t h i m p le m en ted   p o w er   co n tr o ller   u s e s   HeN B   p o w er   as  p er   th r ea t i m b ased   ap p r o ac h   f o r   m ac r o - ce ll  a n d   f e m to - ce ll.  M o r eo v er ,   th p o w er   co n tr o ller   ap p r o ac h   u s es  3 GP P   [ 1 1 ]   s tan d ar d   f o r   d y n a m ic   r ep r esen tatio n   o f   e f f icie n t   p o w er   s w itc h in g   p o i n ts   an d   o p tim ized   tr af f ic   s c h ed u l in g   ( OT S)  ap p r o ac h   to   p er f o r m   Qo a w ar s ch ed u li n g   b y   co n s id er in g   tr af f ic  p ar am eter s   w it h   r ea l - ti m HetNe t s   co n d itio n .   I n   r esu lt  s ec tio n ,   w co n s id er   th n u m b er   o f   f e m to - ce ll  u s er   a n d   m ac r o - ce ll  u s er s   i n   tr af f ic  s c en ar io   to   ch ec k   t h e   p er f o r m a n ce   o f   o u r   p r o p o s ed   ap p r o ac h   an d   p r o v id in g   co m p ar is o n   an al y s is   w it h   ex is ti n g   a lg o r ith m .       2.   L I T E R AT U RE   SU RVE Y   I n   o r d er   to   f ac e   th e   tr a f f ic   r ela ted   is s u es   i n   W C   n et w o r k s ,   it  is   n ec es s ar y   to   co o r d in ate  a n d   u ti lize  t h e   s ev er al  lar g th r o u g h p u s m a ll - ce ll   li k as  w ir ele s s   L AN  ( lo ca ar ea   n et w o r k s ) .   Mo r eo v er ,   t h n u m b er   o f   lar g t h r o u g h p u s m all - ce ll   h as   co n s id er ed   in   [ 1 2 ] ,   w h e r th e y   co n s tr u cted   t h s m a l o u td o o r   ce lls   v ia  ac ce s s   s et  u p   p o in ts   at  i n d o o r s .   T o   v alid ate  th s y s te m   p er f o r m a n ce ,   th i n d o o r - o u td o o r   f ield   m ea s u r e m e n t   h as  d o n i n   o r d er   to   p r o p ag ate  in   m u l tip le  d ir ec tio n also ,   t h e y   f o cu s ed   o n   3 . 5 GHz   th at  u s ed   in   s m all - ce ll  o f   L T E - A   s y s te m .   I n   t h is   p ap e r   [ 1 3 ] ,   th ey   u s ed   to o s u c h   n a m e   as  s to ch a s tic  g eo m etr y ,   also   d esig n ed   f r a m e w o r k   m o d el  f o r   th d o w n li n k   d ata - r ate  co v er a g p r o b ab ilit y   in   s m all  ce ll  n et w o r k   w it h   en ab li n g   MI MO   at  w ir eless   b ac k h a u l.  T h s m a ll  ce ll  n et w o r k   is   co n s is o f   s e v er al  s m a ll  ce lls ,   w h ich   ca n   co n f ig u r ed   eith er   i n   o u t - b a n d   an d   in - b an d   t y p es  o f   b ac k h a u u n d er   a n   ass u r ed   p r o b ab ilit y .   T h u s e r   p er f o r m a n ce   h a s   co n s id er   in   h ier ar ch ical  n et wo r k   an d   li m ited   th r o u g h   s ev e r al  in ter f er e n ce s   s o u r ce s   s u c h   as;  s m all - ce ll  B S   in ter f er e n ce ,   b ac k h au i n ter f a ce s ,   etc.   T h ef f ec o f   c h a n n el  d if f icu l t y   u n d er   MI MO   an d   w ir eles s   b ac k h au l   f ac es  lo n g - ter m   c h a n n el  ar r a n g e m e n t,  w h er t h ac ce s s   lin k   in v o lv ed   i n   b o th   lo n g   an d   s h o r ter m   o f   ch an n el  e f f ec ts .   T h g en er al  g r id   ap p r o ac h   h as   b ec o m s t u b b o r n   as  p er   th in cr ea s i n g   i n   n et w o r k   s ize,   als o   it  ca n n o t   h an d le  t h s tr u ct u r o f   o u t g e n er al  n et w o r k s ,   t h er ef o r it  i s   b ec o m ch alle n g i n g   to   co m p u te  t h ac c u r ate  p er f o r m a n ce   o f   W C   ce ll u la r   n et w o r k ,   b ec au s o f   p r o p ag atio n   e f f ec i n   p at h   an d   n et w o r k   p r o to t y p e   co m p le x it y .   T h er ef o r e,   w a y   s h o u ld   b th er in   o r d er   to   s i m u late  th e   ce ll u lar   n e t w o r k s   an d   in   [ 1 4 ] ,   th s e v er al  n e t w o r k   m o d el  was  co m p ar ed   b y   s i m u la tio n .   Ho w e v er ,   esti m ati n g   th p er f o r m a n ce   o f   n et w o r k   v ia  s i m u latio n   ca n   d eli v er   u n d er s tan d i n g   o n   s p ec i f ic  s e tt in g   th u s   th o u tco m m a y   n o d if f er   at  o th er   s ce n ar io s   a s   w ell  as  th co m p u tatio n al  co m p lex i t y ,   i n   [ 1 5 ]   th e y   al s o   p r o p o s ed   th w o r k   b ased   o n   ce ll u lar   n et w o r k   e n h a n ce m en w it h   f i x ed   ap p r o ac h .   T h eir   p r o p o s ed   a p p r o ac h   h as  e f f ic ien t l y   wo r k   to   ac h iev t h e   o p tim u m   r es u lt   at  s m all - ce l HetNe t s ,   w h ile  co n s id er in g   th lar g HetNe ts   w it h   t h is   ap p r o ac h   m a y   cr ea t e   m o r co m p lex it y .   Fu r t h er m o r e,   th co o p er atio n   w it h   s o p h i s ticated   B an d   lo ca o r   g lo b al  C SI  ar r eq u ir ed   to   g et  o u tp u t o f   ac h ie v ab le  p er f o r m a n ce   u n d er   co m m u n al  n et w o r k   s etti n g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C h a n n el  ca p a city  ma ximiza tio n   u s in g   N QHN a p p r o a ch   a t h e tero g en eo u s   n etw o r ( S a vita   P a til)   2595   T h ap p licatio n   o f   W C   d en s e   d ev ices  a n d   s er v ices  ac ce s s   r eq u ir ed   h i g h   co n s u m p tio n   o f   e n er g y ,   d u e   to   r ea tim p r o ce s s in g ,   f o r   th at  en er g y   ef f icie n d esi g n   h as  co n s id er   f o r   f in a n cial   an d   en v ir o n m e n ca u s e.   T h er ef o r e,   it  b ec o m tr en d   to   f in d   o u b est  en er g y   e f f icie n p r o ce s s   an d   as  p er   o u r   in f o r m atio n ,   g en er all y   OFDM  i s   u s ed   in   s m all   ce ll   HetNe ts   to   p r o v id p o w er   allo ca tio n ,   h ig h er   e n er g y   e f f i cien c y ,   b an d w id t h   allo ca tio n   in   w ir eles s   b a ck h a u l,  an d   u s er   Qo S.  W h er th Qo is   n o v el  ap p r o ac h   f o r   th is   f ield ,   w h ic h   in v e s ti g ated   le s s   a n d   i n   p ap er   [ 1 6 ] ,   th ey   p r o p o s ed   an   en er g y   e f f icien allo ca tio n   tec h n iq u f o r   w ir eles s   b ac k h a u n et w o r k   th at  b ased   o n   OFDM  ac ce s s   HetNe ts   s m all  ce ll.  T h er a r al s o   s o m ex is t in g   tech n iq u o f   r eso u r ce   allo ca tio n ,   w h ic h   in c r ea s es  th t h r o u g h p u an d   in cr ea s es  th e f f icie n c y   o f   e n er g y   th r o u g h   allo ca ti n g   d u al  tr an s m i p o w er   le v el  at  i n d iv id u al  s m all - ce ll  B to   u s er s   an d   ch a n n e b an d w id th ,   t h at  b ased   o n   cir cu i t   p o w er   in g esti o n   an d   C SI.   T h p r esen b ac k h au n et w o r k s   c o n s is o f   s taticall y   r eso u r ce   al lo ca tio n   th at  r e s u l t   litt le  allo ca tio n s   w h e n   t h s ev er al  s m all - ce ll s   ar p r esen in   a   ce ll u lar   n et w o r k   w it h   g i v en   r eso u r ce s ,   th er ef o r e,   i n   [ 1 7 ]   th e y   p r o p o s ed   n e w   ac ce s s   b ac k h a u n et wo r k   d esig n   t h at   b ased   o n   S m a r t - GW   ( Gate w a y )   i n   b et w ee n   B Ss   an d   s m all - ce ll.  Sp ec if icall y ,   th e y   ap p lied   m o d est  L T E   p r o to co l,  w h ich   ad d   th S m ar t - GW   in t o   ad v an ce d   L T E   HetNe ts .   I n   p ap er   [ 1 8 ] ,   th ey   p r o p o s ed   r an d o m   s p atial  m et h o d o lo g y   w h er b ase  s tatio n s   ar m o d i f ied   as   s p atial  P P P   ( P o is s o n   p o in p r o ce s s ) ,   th ese   t y p o f   r an d o m   n et w o r k   to p o lo g y   h a s   w id el y   u s ed   in   w ir eles s   ad - h o n e t w o r k   [ 1 9 - 2 2 ]   an d   it h as p er f o r m ed   w e ll u n d er   s m a ll c ell  n et w o r k   s ce n ar io   w h er e   th p o s itio n   o f   B S   ar in   ir r eg u lar   f o r m .   I n   p ap er   [ 2 3 ] ,   th ey   p r o p o s ed   L AA  ( l icen s ed - as s is ted   ac ce s s )   f o r   t h i n v e s ti g atio n   o f   s m al ce ll  n e t w o r k   an d   f r am e w o r k   ca lled   L T E   w it h   u n licen s ed   i n cu m b e n m o d el  h a s   in tr o d u ce d   h er e,   w h er th e y   g iv e x p r ess io n   f o r   b o th   tr an s m is s io n   s tr ate g ies ;   w ir eles s   f id elit y   ( W i - Fi)  an d   L T E   s y s te m   u n d er   an   u n licen s ed   s p ec tr u m .   I n   [ 2 4 - 2 6 ] ,   th p o in t   p r o ce s s   h as   c o n s id er   w it h   th e   s to c h asti c   g e o m e tr y   th eo r y ,   th is   m et h o d o lo g y   s h o w s   t h ap p r o p r iate  an d   tr ac tab le  p er f o r m a n ce   th at  ca n   u s ed   to   ex a m in th th r o u g h p u a n d   p r o b a b ilit y   in   ce ll u lar   n et w o r k s .   I n   ad d itio n ,   r an d o m   s p atia n et w o r k   ap p r o ac h   ca n   b u s ed   in   d if f er en t y p e   o f   n et w o r k   s u c h   as  d i s tr ib u t ed   an ten n s tr u ctu r e s   [ 2 7 ]   a n d   HetNe ts   [ 2 8 - 3 1 ] ,   b u f r o m   t h ab o v s t u d y ,   w h av ad o p ted   th at  s ti ll a   lag   in   o p ti m izi n g   t h HetNe t s   p er f o r m an ce   w i th   m ai n tai n i n g   t h u s er   Qo S.       3.   P RO P O SE M E T H O DO L O G Y   Her e,   w co n s id er   f e m to - ce l ls   t h at  h as  ab il it y   to   av o id   th i n ter f er en ce   w i th   d if f er e n c h an n e l   s ig n al s also ,   d eli v er   h ig h   q u alit y   d ata  tr a n s m is s io n   to   m o b ile   u s er s ,   t h er ef o r f e m t o - ce lls   e n h an ce s   t h s p ec tr al  ef f icie n c y   at   n u m b er   o f   u s er   p er   u n it   co v er ag e   ar ea .   Mo r eo v er ,   th B S   p r esen t   at  s h o r ter   d is ta n ce ,   w h ic h   h elp   m o b ile  ter m i n als  to   g et  m u c h   e n er g y   e f f icie n c y   t h r o u g h   d ec r ea s i n g   t h tr an s m i s s io n   p o w er   a n d   th at,   i n cr ea s es   th e   b atter y   li f e .   T h u s o f   f e m to - ce lls   at  i n d o o r   lo ca tio n ,   th m ac r o - ce l l s   ca n   a ls o   p r o v id m u c h   r eliab le  s er v ice  to   o u td o o r   u s er s   b ec au s e   o f   t h o v er h e ad   r ed u ctio n .   Fig u r e   1   s h o w s   t h p r o p o s ed   m o d el  b lo ck   d iag r a m ,   w h ic h   s h o w s   t w o   m aj o r   p ar s u c h   as  p o w er   co n tr o ller   ap p r o ac h   an d   o p ti m ized   tr af f ic   s ch ed u lin g   a lg o r it h m   i n   r ea l - ti m s tr ea m in g   s ce n ar io   w i t h   m ai n tai n   u s er s   Qo S,  t h Qo at  h eter o g e n eo u s   n et w o r k   d y n a m icall y   co n s id er ed   f o r   t h u s er s .   I n   HetNe t s   s ce n ar io ,   f e m to - ce lls   u s er s   an d   m ac r o - ce lls   u s er s   ar m a k es   r eq u est,   f o r   t h at   a cq u ir ed   ch a n n e s tate  a n d   tr a f f ic  in f o r m at io n   ar e   f o r w ar d ed   to   s c h ed u l in g   a n d   p o w er   co n tr o ller   p r o ce s s ,   s o   th at  w ca n   ac h ie v o p ti m ized   tr an s - r ec eiv er   B S ( T B S)  an d   u s er   th r o u g h p u t.           Fig u r 1 .   B lo ck   Dia g r a m   o f   P r o p o s ed   NQHN   A p p r o ac h       3 . 1 .   O pti m ized  t ra f f ic  s cheduli ng   ( O T S)  a lg o rit h m   I n   t h is   s ec tio n ,   w d escr ib e   th o p ti m ized   s c h ed u l in g   a lg o r ith m   i n   o r d er   to   h a n d le   th tr af f ic   o cc u r r en ce   ef f ec tiv e l y   i n   s m all - ce ll  HetNe t s ,   also   p r o v id ac ce p tab le   ca p ac ity   to   s y s te m .   T h ac q u ir ed   ch an n el  s ta te  an d   tr af f ic  in f o r m atio n   ar g i v en   i n p u to   O T alg o r ith m   to   m a k th s c h ed u li n g   r esu lt  at  p er io d   o f   ti m e,   w h ich   also   b a s ed   o n   u til it y   co m p u tatio n   f u n ctio n   [ 3 2 ] .   T h u tili t y   f u n cti o n   ai m   i s   o b tai n   t h e   s tan d ar d ized   Qo o b j ec tiv t h at  r ea lized   t h r o u g h   u s er   n et w o r k   s ce n ar io   an d   i n   g e n er al,   th p ac k et  h o ld in g   ti m o f   u s er   ar h i g h   s o   th r eq u ir e m e n t o f   Qo S a l s o   b ec o m m o r f o r   t h at  u s er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 5 9 3   -   2602   2596   A l g o r ith m   f o r   Op ti m ized   T r af f ic  Sc h ed u li n g   (  )     1 :   f o r   in   t ti m p er io d     2 :   f o r   tr af f ic  r eq u ested   b y   i n d iv i d u al  u s er       3 :   C o m p u tin g   a v er ag ti m u tili t y   b ased   f u n ctio n   [ ( ) ]       4 :   C o m p u tin g   m ax i m a l u til it y   t h r esh o ld   f u n ctio n   A th     5 :   if   [ ( ) ]   <   A th       6 :   An ticip ate     u s er   r eq u est     7 :   end     8 :   end     9 :   if   r eq u est f r o m   n o v el  u s er     co m es     10 :   I n s ta n tl y   co m p u t in g   n o v el  ti m u tili t y   f u n   [ ( ) ]     11 :   if   [ ( ) ] <   A th        12 :   Ne w     u s er   r eq u es t h as  n o t r esp o n d ed   y et      13 :   else      14 :   P r o ce e d   f o r   u s er   r eq u est,  s t ar f r o m   s tep   1   an d   ac ti v at e   p o w er   co n tr o ller   ap p r o ac h     15 :   end     16 :   else     17 :   P r o ce s s   co n tin u e    18 :   end     19 :   end     Mo r eo v er ,   th Qo h as  p r o v id ed   in   co n tr o ller   m u lti m ed ia  t r an s m is s io n   a n d ,   f o r   r ea l - ti m e   s ce n ar io ,   w ca n   u s a n y   d ata  tr an s m is s io n   s o   t h at  th d ela y   i n   p er f o r m a n ce   m a y   o cc u r s .   T h d el a y   an d   t h r o u g h p u t   p er f o r m a n ce   ar m aj o r   in   lo wer   p r io r ity   u s er s   b u t   it  i s   n o m u c h   cr it ical,   d u e   to   r eg u lati n g   t h a n g le  o f   d ela y   b o u n d s   t h at  ca n   v ar y   u til it y   f u n ct io n al  m etr ic  in s tan tl y .   I n   ad d itio n   it  is   f o u n d   t h at  th e   ab o v OT alg o r ith m   h as   ac h ie v b etter   p er f o r m a n c in   p er io d   w h e n   th e   u s er s   n u m b er   ar e   n o v er y   lar g a n d   t h f e m to - ce l u s er s   m o v e   clo s el y   to w ar d s   B S   i n   HetNe ts .   T h u s er   m o v e m en t   an d   h a n d o v er   r eq u e s d i s tan f r o m   th e   f e m to - ce ll   ce n ter   n ee d s   m o r lo ad   b alan cin g ,   w h ic h   ca u s e s   f alls   i n   s y s te m   ca p ac it y   an d   t h p er f o r m an ce   s e r v ice s .     3 . 2 .   Ro bu s t   us er   qu a lity   ba s ed  p o w er   c o ntr o ller    A   m u lt iu s er   OFDM  b ased   HetNe ts   is   co n s id er ed   w h ic h   co n tain s     n u m b er   o f   f e m to - c ell  u s er s   ( FC Us)  a n d   co m m u n icati n g   w it h   a s s o ciate d   f e m to - ce ll  B S s   ( FC B Ss )   o v er     n u m b er   o f   s u b ca r r ier .   FC Us  ar u s ed   to   u t ilize  th m ac r o - ce ll  u s er s   ( MCU s )   v ia  FC - B Ss ,   w h er e     an d     ar v ar ies  ac co r d in g   to   ac tiv u s er s   n u m b er   an d   av ai lab le  s u b ca r r i er ,   th at  ca n   b in d ex ed   as;     { 1 , 2 , 3   . . . . . , }   ( 1 )     { 1 , 2 , 3   . . . . . , }   ( 2 )     Her e,   w ass u m ed   th at   ,   th s u b ca r r ier   b an d w id t h   is   ass u m ed   to   b e   Hz  th at  is   v er y   le s s   co m p ar to   t h w ir eles s   c h a n n el   b an d w id th ,   t h er e f o r ap p ly i n g   S h an n o n   Har tle y   T h eo r em   ( S HT )   [ 3 3 ]   co r r esp o n d in g   F C d ata  r ate     at  s u b ca r r ier     is   w r i tten   a s .     , = , l og 2 ( 1 + , , , )   ( 3 )     W h er e,   ,   d en o tes  th e     FC b ac k g r o u n d   n o is at     s u b ca r r ier ,   ,   d en o tes  th e     FC U   s u b ca r r ier   ass ig n m e n at     s u b ca r r ier ,   ,   d en o tes  th e     FC tr an s m it  p o w er   at     s u b ca r r ier   an d   ,   d e n o tes  th e     FC d ir ec c h a n n e g a in   at     s u b ca r r ier .   T h s u b ca r r ier   ass i g n m e n w i ll  b 0   o r   1   th at  s h o w s   t h e     s u b ca r r ier   is   u s ed   b y     FC o r   n o t.  T h m aj o r   co n s tr ain is   b atter y   ca p ac it y   at   th   FC tr a n s m itter   an d   th e   in d iv id u al  F C ca n   u s li m i te d   am o u n t o f   p o w er ,   th er e f o r th co n s tr ai n t i s   g i v e n   as;     ,   = 1 ,  ,   ( 4 )     I n   ( 4 ) ,      d en o tes  t h m a x i m al  p o w er   tr an s m it  o f   FC a n d   th d ata - r ate  s h o u ld   f u l f il  t h m in i m a l   r eq u ir e m en t o f     FC Qo S t h at  w r itte n   as;     , = 1 ,   ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C h a n n el  ca p a city  ma ximiza tio n   u s in g   N QHN a p p r o a ch   a t h e tero g en eo u s   n etw o r ( S a vita   P a til)   2597   w h er e,     s h o w s   th m i n i m al  r eq u ir e m e n r ate  o f     FC an d   th e   in ter f er e n ce   co n s tr ai n o f   to tal  cr o s s - tier   u n d er   f e m to ce ll  n et w o r k s   to   th MCU r ec eiv er   p ar t c an   b d escr ib ed   as ;     , = 1 = 1 , ,    ( 6 )     w h er e,   th in ter f er en ce   lev e at  MCU  r ec eiv er   is   d en o te  b y        an d   th m a x i m izatio n   o f   s u m   r ate  v ia  p o w e r   co n tr o ller   at  HetNe ts   ca n   b g i v en   a s      , , , = 1 = 1       , = 1 = 1 , , 1       , , = 1  ,   , 2   ( 7 )     w h er e,   1   s h o w s   th i n d iv id u al     s u b ca r r ier   th at  ass i g n ed   to   ea ch   FC U,   , = 1   s ig n i f y   t h e   th - s u b ca r r ier   th at  u s ed   b y     FC U,   an d   2   s h o w s   t h p o w er   tr an s m is s io n   co n s tr ain t o f     FC o v er   t h s u b ca r r ier .         ,   = 1 ,   , 3   ( 8 )     E q u atio n   ( 8 )   en s u r t h Qo f o r   in d iv id u al  F C U,     , , , = 1 = 1    , 4       ,     { 0 , 1 } , ,   , 5   ( 9 )     W h er e,   4   s h o w s   th e   to tal  p o wer   in ter f er e n ce   at   MCU   r ec eiv er   s id e,   t h m aj o r   d if f ic u lt y   is   , = 1   is   m i x ed   in te g er   an d   n o n - co n v ex   p r o g r a m m i n g   d if f ic u lt y   a n d   ,   s h o w s   th c h an n el  g ai n s   f ee d b ac k   th at  p r o v id ed   b y   MCU   to   F C U.   I n   c u r r en d ev e lo p m en t,  m o s tl y   o f   th r esear c h er s   h a s   f o c u s ed   o n   p o w er   allo ca tio n   s tr ateg y   in   Het Net s   [ 3 4 ]   th at  f o cu s   o n   en h a n ce m en p o w er   w i t h   co n s id er in g   p er f ec C SI  [ 3 5 ] .   I n   p ar ticle,   th p r ese n o f   q u an tizatio n   er r o r s   an d   esti m ati o n   er r o r   ca u s es  t h ch a n n el  u n ce r tai n t y   t h at  i s   h ar m f u f o r   M C Us  a n d ,   in   o r d er   to   d ec r ea s th at,   w s h o u ld   co n s id er   s o m ad v a n ce m e n tec h n iq u e,   w h ic h   ca n   d ea w it h   th e s u n ce r tai n ties .   T h er ef o r e,   h er w u s r o b u s u s er   q u alit y   b ased   p o w er   co n tr o ller   an d ,   th   ( 8 )   an d   ( 9 )   ca n   b r e w r itte n   in   t h p r o b ab ilit y   f o r m   s u c h   as;      , , ,   = 1 = 1   . . 1 , 2 , 5       P { ,   = 1 }   , , 6   ( 1 0 )     P { , , , = 1 = 1 >  }     ( 1 1 )     w h er e,   b o th   ( 1 0 )   an d   ( 1 1 )   en s u r t h e   MCU  an d   F C Qo v ia  u s in g   t h p r o b ab ilit y   f u n ctio n   an d     an d     s h o w s   t h t h r es h o ld   v a lu o f   o u ta g p r o b ab ilit y .   Her e,   OFDM  f ea tu r tec h n iq u h a s   co n s id er ,   s o   th er th s u b ca r r ier   ar in d ep en d en f r o m   ea c h   o th er   an d   ea ch   FC d ata  ar m u t u all y   in d ep e n d en f r o m   all   s u b ca r r ier   an d   th s et  o f   d ata - r ate  is   d ef i n ed   as;       = { , } ,   ( 1 2 )     = { , = 1 }   ( 1 3 )                     w h er e,     s et  is   a n   in ter s ec tio n   s u b s et  o f     s u ch   a s     ̅ = 1   2 .   ( 1 4 )     Af ter   ap p l y i n g   t h p r o b ab ilit y   an al y s is ,   w g o t f o llo w i n g   r elatio n s h ip ;     ̅ } P { } = P = 1   { }   ( 1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 5 9 3   -   2602   2598   Fu r t h er ,   it c an   b w r it ten   as ;     P { , = 1 }      P = 1   { , }   (1 6)     T h p r o b a b ilis tic  r ate  co n s tr a in f o r   u p p er   b o u n d   s h o u ld   s atis f ies   th e   r eq u ir ed   o u ta g p r o b ab ilit y   d u r in g   th w o r s s ce n ar io ,   th er ef o r th ( 1 0 )   ca n   b w r i tten   a s ;     Ma x   P { , = 1 }      P = 1   { , }     ( 1 7 )     I n   o r d er   to   p r o v id d eter m in i s t ic  o u tag e   p r o b ab ilit y   th ab o v ( 1 7 )   ca n   b w r itte n   as;       , l og 2    ( 1 + , ,   J , 1 (   / ) ) , .   ( 1 8 )     T h s atis f ac tio n   o f   ab o v e   ( 1 8 )   en s u r t h p o w er   tr an s m i s s io n   w ith   t h co n s id er ed   o u tag p r o b a b ilit y ,   s i m ilar l y ,   t h p r o b ab ilis tic  in te r f er en ce   ( 1 1 )   ca n   b m o d if ied   as;     , ,  N  , 1 ( 1  ) ,   , ,     .   ( 1 9 )     T h er ef o r e,   th ( 1 9 )   eq u atio n   s aid   to   b e   d eter m in is tic  a n d   it  is   r eq u ir to   k e ep   it  as  p r es en tab le,   m o r eo v er ,   th p o w er   co n tr o ller   d if f ic u lt y   w it h o u t a n y   in f o r m at io n   ca n   b r ep r esen ted   as;     ma x , , , = 1 = 1   . . 1 , 2 , 5   ( 2 0 )     , l og 2    ( 1 + , ,   J , 1 (   / ) ) ,     .   ( 2 1 )     Her e,   w h av ap p lied   t h in v er s co llectiv d is tr ib u tio n   f u n ctio n   a v ar iab le  s u c h   as   ,   an d   , ,   an d   th o s e   ca n   b w r itte n   as   J , 1   a n d   N , 1     , , N , 1 ( 1  )  .   ( 2 2 )     Gen er all y ,   t h FC Us  ca n   ac q u ir th C SI  th r o u g h   t h ch a n n el  e s ti m atio n   i n   b et w ee n   F C Us  a n d   MCUs ,   s o   th e s ca n   ca u s s o m d if f ic u lt y   at  C SI  ac q u is it i o n .   T h er ef o r e,   h er w co n s i d er   th in d ep en d en t   m o d el   o f   Ga u s s ian   d is tr ib u tio n   to   h a n d le  t h u n ce r tain t y   p ar a m eter s .   Mo r eo v er ,   t h c h a n n el   g ain   f r o m   th e   FC U s   tr an s m itter   to   B is   ac q u ir v ia  r o b u s u s er -     an d   th f ee d b ac k   i s   g iv e n   b ac k   to   co r r esp o n d in g   F C Us tr a n s m itt er .       4.   RE SU L T   ANAL YSI S   I n   th is   s ec tio n ,   w e   p r esen ted   th s i m u lated   r es u lt s   t h at  i s   s i m u lated   i n   Ma tlab   2 0 1 6 b   en v ir o n m en t   an d   th s y s te m   co n f ig u r atio n I n tel  i5   p r o ce s s o r ,   2 GB   NVid i g r ap h ics - ca r d ,   8 GB   R A an d   W in d o w s   1 0   OS   ( Op er atin g   S y s te m ) .   Mo r eo v e r ,   w co n s id er   t h s ev er al   n e ce s s ar y   p ar a m eter s   th at   g en er all y   u s ed   in   tr af f ic   co n d itio n   s ce n ar io s g ai n   o f   a n ten n 1 4 d B i,  m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   tr a n s m it  p o w er   ar 2 0 d B m   an d   0 d B m ,   tr an s m it  p o w er   o f   B 4 3 d B m ,   s p ee d   o f   u s er s   3 K m / h ,   Ur b an   t y p ch a n n el  m o d el,   co r r elatio n   d is ta n ce   4 0 m ,   r ad iu s   o f   ce ll  1 K m ,   ca r r ier   an d   s u b ca r r ier   b an d w id t h   2 0 0 0 Mh an d   3 7 5 KHz ,   s y s te m   b an d w id t h   1 0 MH      an d   etc.     W ith   co n s id er in g   t h ese   tr af f ic   p ar a m eter s ,   w h a v ta k e n   1   m ac r o - ce ll,  1 0   f e m to - ce ll,   1 5   n u m b er   o f   MCUs ,   6 0   s u b ca r r ier   an d   1 0 0   n u m b er   o f   FC U s ,   an d   t h lo ca tio n   o f   f e m to - ce ll,  M C Us  a n d   FC Us   ar e   g en er ated   r a n d o m l y .   Her e,   F ig u r e   2   r ep r ese n ts   th e   p r o p o s ed   n et w o r k   p r o to t y p a n d   f u r t h er   w e   w ill   f o c u s   o n   4 ,   7 ,   8   an d   1 0 .   T h in p u ts   o f   f e m to   c ell s   w er s elec ted   a r b itra r y   u n d er   r eal - ti m s ce n ar io   s u ch   a s   v id eo   d ata  [ 3 6 ]   an d   au d io   [ 3 7 ]   to   p r o v id r ea lis tic  m u lti m ed ia  tr an s m i s s io n .   T h in cr e m e n o f   m o b ile  u s er s   w ill   tr ig g er   ad d itio n al  s ig n al  i n ter f er en ce   at  FC U s   an d   MC Us i n   s m al l c ells   s ce n ar io .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C h a n n el  ca p a city  ma ximiza tio n   u s in g   N QHN a p p r o a ch   a t h e tero g en eo u s   n etw o r ( S a vita   P a til)   2599       Fig u r 2 .   P r o p o s ed   Netw o r k   P r o to ty p e       Fig u r 3   s h o w s   th tr a n s m i s s i o n   p o w er   th at  u s ed   b y   d i f f er e n alg o r it h m   i n   ce ll  4 ,   w h er th ex i s ti n g   alg o r ith m   H A R Q - C C   [ 3 8 ]   an d   HARQ - T 1   [ 3 9 ]   h as  u s ed   a v er ag p o w er   o f   1 6 . 5 2 d B m     a n d   2 0 d B m ,   w h er o u r   p r o p o s m o d el  NQHN   h a s   u s ed   1 4 . 3 3   d B m   a v er ag p o w er   th at  i s   2 8 le s s er   co m p ar to   HARQ - T 1   [ 3 9 ]   an d   1 3 . 2 5 % less er   co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ].   Fig u r e   4   s h o w s   th co m p u t ed   th r o u g h p u b y   d i f f er en t   a lg o r ith m   i n   ce ll  4 ,   w h er th ex is tin g   alg o r ith m   H AR Q - C C   [ 3 8 ]   an d   HARQ - T 1   [ 3 9 ]   h as  o b tain ed   av er ag t h r o u g h p u o f   1 2 4   Mb p s   an d   8 8 . 6 9   Mb p s ,   w h er o u r   p r o p o s m o d el  NQHN   h as  g o 1 3 5   Mb p s   av er ag t h r o u g h p u th a is   7 . 9 m o r co m p ar to   HARQ - C C   [3 8 ]   an d   3 4 % m o r co m p ar to   H A R Q - T 1   [ 3 9 ].   Fig u r e   5   s h o w s   th tr a n s m i s s i o n   p o w er   th at  u s ed   b y   d i f f er e n alg o r it h m   i n   ce ll  7 ,   w h er th ex i s ti n g   alg o r ith m   H AR Q - C C   [ 3 8 ]   an d   HARQ - T 1   [ 3 9 ]   h as  u s ed   a v er ag p o w er   o f   1 2 . 2 d B m   an d   1 7 . 1 6 d B m ,   w h er o u r   p r o p o s m o d el  NQHN   h a s   u s ed   1 0 . 3 5   d B m   a v er ag p o w er   t h at  is   3 9 less er   co m p ar to   HA R Q - T 1   [ 3 9 an d   1 5 . 1 4 % less er   co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ] .     Fig ur e   6   s h o w s   th co m p u t ed   th r o u g h p u b y   d i f f er en t   a lg o r ith m   i n   ce ll  7 ,   w h er th ex is tin g   alg o r ith m   H AR Q - C C   [ 3 8 ]   an d   HARQ - T 1   [ 3 9 ]   h as  o b tain ed   av er ag th r o u g h p u o f   1 2 0   Mb p s   an d   9 9 . 7   Mb p s ,   w h er o u r   p r o p o s m o d el  N QHN  h a s   g o 1 4 2   Mb p s   av er ag th r o u g h p u t h at  is   1 5 . 4 m o r co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ]   an d   2 9 . 8   m o r co m p ar to   HARQ - T 1   [ 3 9 ].           Fig u r 3 .   P o w er   ( d B m )   i n   C el l   4       F ig u r 4 .   T h r o u g h p u t ( b p s )   in   C ell  4           F ig u r 5 .   P o w er   ( d B m )   i n   C el l   7           Fig u r 6 .   T h r o u g h p u t ( b p s )   in   C ell  7         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 5 9 3   -   2602   2600   T h tr an s m is s io n   p o w er   u s e d   in   ce l 8   b y   d i f f er en al g o r ith m   h a s   s h o w n   i n   F ig u r e   7 ,   w h er e,   th av er a g p o w er   u s ed   b y   p r o p o s ed   NQHN   is   8 . 4 4   d B m ,   wh ich   is   1   m o r co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ]   an d   4 6 . 5 less   co m p ar to   HA R Q - T 1   [ 3 9 ] .   Mo r eo v er ,   th th r o u g h p u i n   Mb p s   ar o b tain ed   b y   d if f er en t   alg o r ith m   in   ce ll  8   h as  s h o w n   in   F ig u r e   8 ,   w h er e,   th av er a g th r o u g h p u o f   o u r   p r o p o s e d   ap p r o ac h   is   1 4 2   Mb p s   th at  is   2 9   m o r co m p ar to   HA R Q - C C   [ 3 8 ]   an d   2 7 . 6 m o r co m p ar to   H A R Q - T 1   [ 3 9 ] .             Fig u r 7 .   P o w er   ( d B m )   i n   C el l   8       Fig u r 8 .   T h r o u g h p u t ( b p s )   in   C ell  8       Si m i lar l y ,   F ig u r e   9   s h o w s   t h e   tr an s m is s io n   p o w er   t h at  u s ed   b y   d if f er e n alg o r it h m   i n   ce ll   1 0   w h er e,   th av er a g p o w er   u s ed   b y   p r o p o s ed   NQHN   is   1 2 . 4 3   d B m ,   w h ic h   is   1 2 . 3   les s er   co m p ar to   HA R Q - C C   [3 8 ]   an d   3 2 . 6 6 less   co m p ar to   HA R Q - T 1   [ 3 9 ] .   M o r eo v er ,   F ig u r e   1 0   s h o w s   th co m p u ted   th r o u g h p u b y   d if f er e n al g o r ith m   i n   ce ll  1 0   w h er e,   th a v er ag t h r o u g h p u t   o f   o u r   p r o p o s ed   a p p r o ac h   is   1 3 4   Mb p s ,   w h ich   i s   1 2   % m o r co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ]   an d   3 2 . 7 m o r co m p ar to   H AR Q - T 1   [ 3 9 ] .             Fig u r 9 .   P o w er   ( d B m )   i n   C el l   1 0       Fig u r 10 .   T h r o u g h p u t ( b p s )   in   C ell  1 0       Fig u r 1 1   s h o w s   th a v er ag th r o u g h p u o f   co n s id er ed   HetNe ts ,   w h er o u r   p r o p o s ed   a p p r o ac h   g o 2 5   Mb p s ,   HA R Q - C C   [ 3 8 ]   g o 2 2   Mb p s   an d   H A R Q - T 1   [ 3 9 ]   g o 1 9   M b p s   th r o u g h p u r a te.   Mo r eo v er ,   F ig u r e   1 2   s h o w s   t h co m p u t ed   d elay   f r o m   d if f er e n alg o r ith m   in   en d - to - e n d   co n s id er e d   HetNe ts   s ce n ar io ,   w h er NQHN   g o 0 . 5   s ec   o f   d ela y ,   w h ic h   i s   6 1 l ess   d ela y   co m p ar to   H AR Q - C C   [ 3 8 ]   an d   9 0 less   co m p ar to   H A R Q - T 1   [ 3 9 ].           Fig u r 11 .   A v er a g T h r o u g h p u t ( b p s )         Fig u r 12 .   C o m p u ted   Dela y   f r o m   d if f er e n A l g o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C h a n n el  ca p a city  ma ximiza tio n   u s in g   N QHN a p p r o a ch   a t h e tero g en eo u s   n etw o r ( S a vita   P a til)   2601   5.   CO NCLU SI O N   T h tr af f ic   an d   Qo r elate d   is s u es   i n   W C   n et w o r k s   ar e   g r o w in g   co n ti n u o u s l y .   T h er ef o r e,   it  i s   n ec es s ar y   b u ild   t h s m al o u t d o o r   ce lls   ( i.e . ,   m ac r o - ce l l)   b y   s et u p   th ac ce s s   p o in ts   ( i.e . ,   f e m to - ce ll).   I n   t h i s   p ap er ,   w p r o p o s ed   No v el  Qo a w ar HetNe t s   ( NQHN ) ,   wh ich   co n tai n s   OT A   an d   r o b u s t   u s er   q u alit y   b a s ed   p o w er   co n tr o ller   in   o r d er   to   p r o v id Qo o f   m ac r o - ce ll   Het Nets  a n d   i m p r o v s y s te m   ca p ac it y .   T h o p ti m ized   s ch ed u lin g   a lg o r it h m   h a s   u s e d   in   o r d er   to   h a n d le  t h tr a f f i o cc u r r en ce   e f f ec ti v el y   i n   s m al l - ce l HetNe ts   th at  a ls o   p r o v id ac ce p tab le  ca p ac it y   to   a   s y s te m .   T h ac q u ir ed   ch a n n e s tate  a n d   tr a f f ic  in f o r m at io n   ar e   gi v e n   i n p u to   OT S a lg o r ith m   to   m ak t h s ch ed u li n g   r es u lt  at  p er io d .   Mo r eo v er ,   th q u an tizatio n   er r o r s   an d   esti m atio n   er r o r   ca u s es  t h ch an n el  u n ce r tain t y   t h at  is   h ar m f u f o r   MCU s   an d   f o r   th at  w co n s id er   th r o b u s t   u s er   q u alit y   b ased   p o w er   co n t r o ller .   I n   r esu lt  s ec tio n ,   w h av s h o w n   s u m   r ate  m a x i m iz atio n   f o r   t w o - tier   HetNe ts   w i th   m u ltip le  f e m to - ce lls   a n d   o n m ac r o - ce ll,  wh er o u r   p r o p o s ed   a p p r o ac h   h as  g o 1 1 m o r e   t h r o u g h p u co m p ar to   HARQ - C C   [ 3 8 ]   an d   2 2 m o r t h r o u g h p u co m p ar to   HARQ - T 1   [ 3 9 ],   w h ic h   ch a n n e l c ap ac it y   e n h a n ce m en t b y   o u r   p r o p o s ed   m o d el.       RE F E R E NC E S     [1 ]   B.   Ba lav e n k a tes h ,   e a l . En h a n c e m e n o f   Qo S   o f   V OIP   o v e He tero g e n e o u Ne tw o rk b y   I m p r o v in g   Ha n d o f S p e e d   a n d   T h ro u g h p u t ,   2 0 0 9   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Ad v a n c e in   C o mp u ti n g ,   Co n tro l ,   a n d   T e lec o mm u n ica ti o n   T e c h n o l o g ies ,   T riv a n d ru m,   Ke ra la ,   p p .   8 4 0 - 844 2 0 0 9 .   [2 ]   A .   U m e r,   e a l . Co v e ra g e   a n d   Ra te  A n a l y sis   f o M a ss i v e   M IM O - En a b led   He tero g e n e o u Ne tw o rk w it h   M il li m e ter  W a v e   S m a ll   Ce ll s,   2 0 1 7   IE EE   8 5 th   Veh icu la r T e c h n o l o g y   Co n fer e n c e   ( VT C   S p rin g ) ,   S y d n e y ,   NS W ,   p p .   1 - 5 2 0 1 7 .   [3 ]   Z.   L iu   a n d   Y.  Ji,  In terc e ll   In terfe re n c e   Co o rd in a t io n   u n d e Da ta  Ra te  Re q u irem e n Co n stra in in   LT E - A d v a n c e d   He tero g e n e o u s Ne tw o rk s,   2 0 1 4   IEE 7 9 th   Veh icu la r T e c h n o lo g y   Co n fer e n c e   ( VT S p ri n g ),   S e o u l ,   p p .   1 - 5 2 0 1 4 .   [4 ]   W .   X ia,  e a l . Larg e   S y ste m   A n a l y sis  o Re so u rc e   A ll o c a ti o n   in   He tero g e n e o u Ne tw o rk s   w it h   W irele ss   Ba c k h a u l,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Co mm u n ica ti o n s ,   v o l /i ss u e :   65 ( 11 ) ,   p p .   5 0 4 0 - 5 0 5 3 ,   2 0 1 7 .   [5 ]   W .   X ia,  e a l . En e rg y - e ff i c ien tas k   sc h e d u li n g   a n d   re so u rc e   a ll o c a ti o n   i n   d o w n li n k   C - RA N,   2 0 1 8   IEE W ire les Co mm u n ica ti o n s a n d   Ne two rk in g   Co n fer e n c e   ( W CNC),  Ba rc e lo n a ,   S p a in ,   p p .   1 - 6 2 0 1 8 .   [6 ]   H.  S .   Jo ,   e a l . ,   In terf e re n c e   m it i g a ti o n   u sin g   u p li n k   p o w e c o n tro f o t w o - ti e fe m to c e ll   n e tw o rk s ,”   IEE T ra n s.  W ire l.   Co mm un ,   v o l.   8,   pp.   4 9 0 6 - 4 9 1 0 2 0 0 9 .   [7 ]   H.  J.  Zh a n g ,   e a l . ,   Re so u rc e   a ll o c a ti o n   in   sp e c tru m - sh a rin g   OFDM A   f e m to c e ll w it h   h e tero g e n e o u se rv ice s ,”   IEE T ra n s.  C o mm u n ,   v o l.   6 2 ,   pp.   2 3 6 6 - 2 3 7 7 2 0 1 4 .   [8 ]   T .   M a o ,   e a l . ,   Distrib u ted   e n e rg y - e ff icie n p o we c o n tro f o m a c ro f e m to   n e tw o rk s ,”   IEE T ra n s.  Veh .   T e c h n o l ,   v o l.   6 5 ,   pp.   7 1 8 - 7 3 1 2 0 1 6 .   [9 ]   A .   M .   A b d e lh a d y ,   e a l . En e rg y - E ff ici e n Re so u rc e   A ll o c a ti o n   f o P h a n to m   Ce ll u lar  Ne tw o rk w it h   Im p e r fe c t   CS I,   I EE T ra n s a c ti o n s o n   W ire les s Co mm u n ica t io n s ,   v o l /i ss u e :   16 ( 6 ) ,   p p .   3 7 9 9 - 3 8 1 3 ,   2 0 1 7 .   [1 0 ]   A .   Be n - T a l   a n d   A .   Ne m iro v sk i,   S e lec ted   T o p ics   in   Ro b u st   Co n v e x   Op ti m iza ti o n ,”   M a th .   Pro g ra m ,   v o l.   1 1 2 ,   pp.   1 2 5 - 158 2 0 0 7 .   [1 1 ]   F .   Re z a e i,   e a l . LT P HY   p e rf o r m a n c e   a n a l y sis  u n d e 3 G P P   sta n d a rd p a ra m e ters ,   2 0 1 1   IEE 1 6 th   In ter n a t io n a W o rk sh o p   o n   C o mp u ter   Ai d e d   M o d e li n g   a n d   D e sig n   o f   Co mm u n ica ti o n   L in k s   a n d   Ne two rk ( CAM AD),   Ky o to ,   p p .   1 0 2 - 1 0 6 2 0 1 1 .   [1 2 ]   H.  F u k u d o m e ,   e a l . M e a su re m e n o f   3 . 5   G Hz   Ba n d   S m a ll   Ce ll   In d o o r - Ou t d o o P r o p a g a ti o n   i n   M u lt ip le   En v iro n m e n ts,   Eu ro p e a n   W ire les s 2 0 1 6 2 2 t h   E u ro p e a n   W ire les s Co n fer e n c e ,   Ou l u ,   F in l a n d ,   p p .   1 - 6 2 0 1 6 .   [1 3 ]   H.  T a b a ss u m ,   e a l . A n a l y sis  o M a ss iv e   M IM O - En a b le d   Do w n li n k   W irele ss   Ba c k h a u li n g   f o F u l l - Du p lex   S m a ll   Ce ll s,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Co mm u n ica ti o n s ,   v o l /i ss u e :   64 ( 6 ) ,   p p .   2 3 5 4 - 2 3 6 9 ,   2 0 1 6 .   [1 4 ]   E .   Ku r n iaw a n   a n d   A .   G o ld sm it h ,   Op ti m izin g   c e ll u lar  n e tw o rk   a rc h it e c tu re to   m in im ize   e n e rg y   c o n su m p ti o n ,   Pro c .   2 0 1 2   IEE In t .   Co n f.   Co m mu n ,   2 0 1 2 .   [1 5 ]   E.   Bj¨o rn so n   a n d   E.   Jo rsw iec k ,   Op ti m a l   re so u rc e   a ll o c a ti o n   in   c o o rd i n a ted   m u lt i - c e ll   s y st e m s,”   Fo u n d .   T re n d s   Co mm u n .   In f .   T h e o ry ,   v o l /i ss u e :   9 ( 2 - 3 ) ,   p p .   1 1 3 - 3 8 1 ,   2 0 1 3 .     [1 6 ]   H.  Zh a n g ,   e a l . Do w n li n k   En e r g y   E ff icie n c y   o f   P o w e A ll o c a ti o n   a n d   W irele ss   Ba c k h a u Ba n d w id th   A ll o c a ti o n   in   He tero g e n e o u s   S m a ll   Ce ll   Ne tw o rk s,   IEE T ra n s a c ti o n o n   C o mm u n ic a ti o n s ,   v o l /i ss u e :   66 ( 4 ) ,   p p .   1 7 0 5 - 1 7 1 6 ,   2 0 1 8 .   [1 7 ]   A .   S .   T h y a g a tu ru ,   e a l . S DN - Ba se d   S m a rt  Ga te w a y (S m - GW s)  f o M u lt i - Op e ra to r   S m a l Ce ll   Ne t w o r k   M a n a g e m e n t,   IEE T ra n sa c ti o n s o n   Ne tw o rk   a n d   S e rv ice   M a n a g e me n t ,   v o l /i ss u e :   13 ( 4 ) ,   p p .   7 4 0 - 7 5 3 ,   2 0 1 6 .   [1 8 ]   J.  G .   A n d re w s,  e a l . ,   A   trac tab le  a p p ro a c h   to   c o v e ra g e   a n d   ra te  in   c e ll u lar  n e tw o rk s,”   IEE T ra n s.  C o mm u n v o l /i ss u e :   59 ( 11 ) ,   p p .   3 1 2 2 - 3 1 3 4 ,   2 0 1 1 .     [1 9 ]   S .   P .   W e b e r,   e a l . ,   T ra n s m issio n   c a p a c it y   o f   w irel e ss   a d   h o c   n e tw o rk s   w it h   o u tag e   c o n stra in ts,”  IEE T ra n s.  In f.   T h e o ry ,   v o l /i ss u e:   51 ( 12 ) ,   p p .   4 0 9 1 - 4 1 0 2 ,   2 0 0 5 .     [2 0 ]   F .   Ba c c e ll i,   e a l . ,   A n   A lo h a   p ro to c o f o m u lt ih o p   m o b il e   w irele s n e tw o rk s,”   IEE T ra n s.  In f .   T h e o ry ,   v o l /i ss u e :   52 ( 2 ) ,   p p .   4 2 1 - 4 3 6 ,   2 0 0 6 .     [2 1 ]   A .   M .   Hu n ter,  e t   a l . ,   T ra n sm is sio n   c a p a c it y   o f   a d   h o c   n e tw o rk w it h   sp a ti a d iv e rsity ,   IEE T ra n s.  W ire les Co mm u n ,   v o l /i ss u e :   7 ( 12 ) ,   p p .   5 0 5 8 - 5 0 7 1 ,   2 0 0 8 .     [2 2 ]   R.   H.  Y.  L o u ie,  e a l . ,   Op e n - lo o p   sp a ti a m u lt ip lex in g   a n d   d iv e rsity   c o m m u n ica ti o n in   a d   h o c   n e tw o rk s,”   IEE E   T ra n s.  I n f.   T h e o ry ,   v o l /i ss u e :   57 ( 1 ) ,   p p .   3 1 7 - 3 4 4 ,   2 0 1 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 5 9 3   -   2602   2602   [2 3 ]   P .   R.   L a n d   K.  T .   F e n g ,   En e rg y - E ff ici e n Ch a n n e A c c e ss   f o Du a l - Ba n d   S m a ll   Ce ll   Ne t w o rk s,   GLOBE COM   2 0 1 7   -   2 0 1 7   IEE E   Glo b a C o mm u n ica ti o n s C o n fer e n c e ,   S in g a p o re ,   p p .   1 - 6 2 0 1 7 .   [2 4 ]   D.  S to y a n ,   e a l . S t o c h a stic G e o m e tr y   a n d   Its  A p p li c a ti o n s ,”   W il e y ,   1 9 8 7 .     [2 5 ]   F .   Ba c c e ll a n d   B.   Błas z c z y sz y n ,   S to c h a stic   G e o m e tr y   a n d   W irele ss   Ne t w o rk s ,”   No w   P u b li s h e rs In c . ,   2 0 0 9 .     [2 6 ]   M .   Ha e n g g i,   e a l . ,   S t o c h a stic  g e o m e tr y   a n d   ra n d o m   g ra p h f o th e   a n a ly sis  a n d   d e sig n   o f   w ire les n e tw o rk s,”   IEE J .   S e l.   Are a s C o mm u n ,   v o l /i ss u e :   27 ( 7 ) ,   p p .   1 0 2 9 - 1 0 4 6 ,   2 0 0 9 .     [2 7 ]   J.  Zh a n g   a n d   J.  A n d re ws ,   Dis tri b u te d   a n ten n a   s y ste m w it h   ra n d o m n e ss ,   IEE T ra n s.  W ire les Co mm u n v o l /i ss u e :   7 ( 9 ) ,   p p .   3 6 3 6 - 3 6 4 6 ,   2 0 0 8 .   [2 8 ]   V .   Ch a n d ra se k h a a n d   J.  A n d re w s,  S p e c tru m   a ll o c a ti o n   in   ti e r e d   c e ll u lar  n e tw o rk s,”   IEE T r a n s.  Co mm u n v o l /i ss u e :   57 ( 10 ) ,   p p .   3 0 5 9 - 3 0 6 8 ,   2 0 0 9 .     [2 9 ]   W .   C.   Ch e u n g ,   e a l . ,   T h ro u g h p u o p ti m iza ti o n ,   sp e c tr u m   a ll o c a ti o n ,   a n d   a c c e ss   c o n tro in   tw o - ti e f e m to c e ll   n e tw o rk s,”   IEE J .   S e l.   Are a s C o mm u n ,   v o l / issu e :   30 ( 3 ) ,   p p .   5 6 1 - 5 7 4 ,   2 0 1 2 .   [3 0 ]   D.  Ca o ,   e a l . ,   Op t im a l   b a se   sta ti o n   d e n sity   f o e n e rg y e ffi c ien h e tero g e n e o u c e ll u lar  n e tw o rk s,”   Pro c .   2 0 1 2   IEE E   In t.   C o n f .   Co mm u n ,   2 0 1 2   [3 1 ]   H.  Dh il l o n ,   e a l . ,   M o d e li n g   a n d   a n a ly sis  o f   K - ti e d o w n li n k   h e tero g e n e o u c e ll u lar  n e tw o rk s,”   IEE J .   S e l.   Are a s   Co mm u n ,   v o l /i ss u e :   30 ( 3 ) ,   p p .   5 5 0 - 5 6 0 ,   2 0 1 2 .     [3 2 ]   I F .   Ch a o   a n d   C S .   C h i o u ,   An   e n h a n c e d   p ro p o rti o n a l   f a ir  sc h e d u l in g   a lg o rit h m   to   m a x i m i z e   Qo S   traff ic  in   d o w n li n k   OFDM A   s y ste m s,   2 0 1 3   IE EE   W ire les Co mm u n ica ti o n a n d   Ne two rk in g   Co n fer e n c e   ( W CNC),   S h a n g h a i ,   2 0 1 3 .   [3 3 ]   O .   Rio u a n d   J .   C .   M a g o ss i,   On   S h a n n o n ’s  F o rm u la  a n d   Ha rtl e y Ru le:  Be y o n d   th e   M a th e m a ti c a l   Co in c id e n c e , ”  En tro p y ,   v o l/ issu e :   1 6 (9 ),   p p .   4 8 9 2 - 4 9 1 0 2 0 1 4 .   [3 4 ]   A .   H.  A ra n i,   e a l .,   Distrib u ted   l e a rn in g   f o e n e rg y   e ff i c ien re so u rc e   m a n a g e m e n in   se lf o r g a n izin g   h e tero g e n e o u ne tw o rk s ,”   IEE T ra n s.  Veh .   T e c h n o l ,   v o l .   6 6 ,   p p .   9 2 8 7 - 9 3 0 3 2 0 1 7 .   [3 5 ]   H.  J.  Z h a n g ,   e a l . ,   Do w n li n k   e n e rg y   e ff icie n c y   o f   p o w e a ll o c a ti o n   a n d   w irele ss   b a c k h a u b a n d w id th   a ll o c a ti o n   i n   h e tero g e n e o u s sm a ll   c e ll   n e tw o rk s ,”   IEE T ra n s.  C o mm u n ,   v o l.   95,   p p .   1 - 13 2 0 1 7 .   [3 6 ]   P .   S e e li n g   a n d   M .   Re issle in ,   V id e o   T ra n sp o rt  Ev a lu a ti o n   w it h   H.2 6 4   V i d e o   T ra c e s,   IEE Co mm u n ica ti o n S u rv e y &   T u to ria ls ,   v o l /i ss u e :   14 ( 4 ) ,   p p .   1 1 4 2 - 1 1 6 5 ,   2 0 1 2 .   [3 7 ]   C .   Bo u ra s,  e a l . ,   A   si m u latio n   f ra m e w o rk   f o lt e - a   s y ste m w it h   fe m to c e ll   o v e rla y s ,   A CM   Ne Y o rk ,   NY ,   USA ,   2 0 1 2 .   [3 8 ]   M .   S h e n g ,   e a l . P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   He t e ro g e n e o u Ce ll u lar  Ne tw o rk w it h   H A RQ   u n d e Co rre late d   In terf e re n c e ,   IEE T ra n sa c ti o n s   o n   W ire les s Co mm u n ica ti o n s ,   v o l /i ss u e :   16 ( 12 ) ,   p p .   8 3 7 7 - 8 3 8 9 ,   2 0 1 7 .   [3 9 ]   Ev o lv e d   Un iv e rsa T e rre st rial  R a d io   A c c e ss   (E - U T R A ) ,   Ra d io   Re so u rc e   Co n tro (RRC) ,”   P ro t o c o S p e c if ica ti o n ,   d o c u m e n T S   3 6 . 3 3 1 ,   Re v .   1 2 . 5 . 0 ,   3 G P P ,   2 0 1 5 .                                           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.